低维与纳米尺度系统

纳米结构

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一纳米是十亿分之一米——大约相当于你的指甲在一秒钟里长出的那么一点,或者粗略地说,几个原子并排起来的宽度。纳米结构,就是任何被有意塑造在这个几乎无法想象的微小尺度上的材料,其中至少有一个方向的尺寸,只能用区区几纳米来量度。

更确切地说,纳米结构是材料的某种特征——一颗颗粒、一层薄膜、一根线、一个孔、一组凸起的图案——它在至少一个方向上的尺寸,大致落在一到一百纳米之间。在这个尺度上,结构处在一片特殊的中间地带:大得已不是单个分子,却又小到足以让量子效应和表面原子的高占比开始变得重要。这些特征可以从一块更大的料上雕出,可以一个原子一个原子地生长,也可以被诱导着自行组装。

纳米结构之所以重要,是因为把物质塑造得如此精细,让我们能解锁那些使低维物理变得有用的尺寸依赖效应和量子效应,从防晒霜里的色料,到手机里的晶体管,无不如此。诚实的提醒是:“纳米”二字被大力营销过,并非每个标着纳米的产品都含有真正的新物理;真正的科学在于特征小到足以让表面与量子效应真正接管,而不仅仅在于它小。

许多防晒霜里的氧化锌,被磨成了几十纳米宽的纳米颗粒。在这种尺寸下,这粉末不再在皮肤上留下厚厚一层白糊,却依然能同样好地挡住紫外线——这是在纳米尺度上做文章带来的一个实在好处。

纳米尺寸的氧化锌涂在皮肤上几乎看不见,却照样能挡紫外线。

“纳米结构”描述的是一种尺度,而非某一样具体东西:量子点、量子线、量子阱、薄膜和纳米颗粒,全都是纳米结构——这个词是按尺寸把它们归到一起,而不是按形状或成分。

又称
纳米结构